CN116622085A - 一种基于废弃pet制备的金属有机骨架材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料及其制备方法与应用,以废弃PET为原料通过水热工艺一步实现了PET水解过程和MIL‑53(AL)的合成过程,所得到的金属有机骨架材料MIL‑53(AL)在常温常压条件下二氧化碳吸附量为1.19mmol/g,方法简单、绿色无污染。

Description

一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料及其制备方法与 应用
技术领域
本发明属于金属有机骨架材料领域,具体涉及一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料及其制备方法与应用。
背景技术
自20世纪50年代以来,塑料制品由于其使用便捷、性能优良等特点被广泛应用。但是塑料的具有耐久性和耐分解性,在自然界中废弃塑料完全降解需200-500年,再加上其使用量大、平均使用周期短(40%的塑料使用周期不到一年)和不恰当的后处置方式,已经造成了严重的环境污染和资源浪费,并且对自然环境和人类生存环境都逐渐造成了威胁。废塑料回收再利用,是当今国际社会共同面临、亟待解决的重大科学与技术问题。开展废弃PET升级回收,具有非常重要的研究价值和社会意义。
二氧化碳作为一种温室气体,是导致全球气候变暖的主要原因。随着大气中二氧化碳的浓度的增加,破坏了大气层与地面之间的红外线辐射正常关系,吸收地球释放出来的红外热辐射,阻止地球热量散失,使地球的平均温度越来越高。碳捕集与封存技术(CCS)被认为是迄今为止最有希望减缓气候变化的解决方案之一。煤炭、石油、天然气等化石燃料的燃烧,以及煤炭石油等的生产和加工过程,是二氧化碳排放的主要来源。因此,在常温常压的条件下捕集和封存二氧化碳是研究的重点。
目前,用于二氧化碳捕集和封存的材料主要包括活性炭、分子筛、沸石、树脂类吸附材料、金属氧化物以及金属有机骨架材料。其中,金属有机骨架材料(MOFs)由于其可控的多孔结构和较高的比表面积,是一种潜力巨大的二氧化碳捕集材料。然而,在制备金属有机骨架材料的现有技术中存在的不足之处有:1、作为有机配体的2,5-二羟基对苯二甲酸、对苯二甲酸等物质由于价格昂贵,成本较高,不利于大批量工业生产;2、制备过程复杂、副产品多、制备条件需要使用强酸强碱、不环保。
发明内容
针对上述的不足,本发明的第一目的是提供一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料;第二目的是提供一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料的制备方法;第三目的是提供基于废弃PET制备的金属有机骨架材料在捕集二氧化碳中的应用。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料,所述金属有机骨架材料在常温常压条件下二氧化碳吸附量为1.19mmol/g。
进一步地,所述的一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将5g的金属盐加入35mL的DMF和15mL的去离子水中,搅拌,至其完全溶解,得到混合溶液;
2)将步骤1)中的混合溶液转移至水热反应釜中,并加入2.5g的PET粉末,混合均匀;
3)将步骤2)中处理好的水热反应釜转移至烘箱中,180℃加热48h,获得产物一;
4)将步骤3)中的产物一用90mL的DMF洗涤3次,离心,留沉淀,得到产物二;
5)将步骤4)中的产物二用90mL的无水乙醇洗涤3次,离心,得到产物三;
6)将步骤5)中得到的产物三在先在80℃条件下干燥12h,然后在110℃条件下干燥12h,即获得金属有机骨架材料。
进一步地,所述金属盐为九水合硝酸铝、六水合氯化镍、六水合氯化铬、六水合氯化钴、五水合硝酸锆中的一种或多种。
进一步地,步骤1)中所述DMF与去离子水的最佳配比为35:15。
进一步地,所述的金属有机骨架材料在捕集二氧化碳中的应用。
采用以上方案,本发明具有如下优点:
1、本发明以废弃PET为原料通过水热工艺一步实现了PET水解过程和MOFs的合成过程,PET水解与MOFs生成的过程同时进行,不需要先将PET水解,再利用水解产物合成有机金属骨架材料,制备步骤简单、绿色环保无污染,适合大规模生产。
2、本发明用DMF和去离子水作为溶剂,既满足了PET水解条件,又可以用于MOFs的合成,不需要使用氢氧化钠和硫酸等强酸强碱,很大程度上避免了酸污染和碱污染。
3、本发明以废弃PET为原料合成的MIL-53(Al)在常温常压下的二氧化碳吸附量为1.19mmol/g,是以对苯二甲酸为原料合成的MIL-53(Al)的二氧化碳吸附量的60.7%。
4、本发明的废弃PET转化率为100%,实现了废弃PET的高值化利用。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
说明书附图
图1为以废弃PET为原料合成MIL-53(Al)的XRD图。
图2为以废弃PET为原料合成MIL-53(Al)的SEM图。
图3为以对苯二甲酸为原料合成MIL-53(Al)的SEM图。
图4为二氧化碳吸附量对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述,但实施例并不对本发明作任何形式的限定,除非特别说明,本发明所涉及的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1:以废弃PET为原料制备金属有机骨架材料
本实施例提供一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料的制备,具体步骤如下:
1)将5g的九水合硝酸铝加入35mL的DMF和15mL的去离子水中,搅拌,至其完全溶解,得到混合溶液;
2)将步骤1)中的混合溶液转移至水热反应釜中,并加入2.5g的PET粉末,混合均匀;
3)将步骤2)中处理好的水热反应釜转移至烘箱中,180℃加热48h,获得产物一;
4)将步骤3)中的产物一用90mL的DMF洗涤3次,离心,留沉淀,得到产物二;
5)将步骤4)中的产物二用90mL的无水乙醇洗涤3次,离心,得到产物三;
6)将步骤5)中得到的产物三在先在80℃条件下干燥12h,然后在110℃条件下干燥12h,即获得金属有机骨架材料MIL-53(Al)。
实施例2:以对苯二甲酸和废弃PET为原料制备金属有机骨架材料
1)将5g九水合硝酸铝和2.5g对苯二甲酸置于35mL的DMF和15mL的去离子水中,搅拌;
2)将步骤1)中的混合溶液转移至水热反应釜中,180℃加热48h;
3)将步骤2)中处理好的水热反应釜转移至烘箱中,180℃加热48h,获得产物一;
4)将步骤3)中的产物一用90mL的DMF洗涤3次,离心,留沉淀,得到产物二;
5)将步骤4)中的产物二用90mL的无水乙醇洗涤3次,离心,得到产物三;
6)将步骤5)中得到的产物三在先在80℃条件下干燥12h,然后在110℃条件下干燥12h,即获得金属有机骨架材料MIL-53(Al)。
实施例3:
1、实验方法
以实施例1和2中的金属有机骨架材料MIL-53(Al)为实验材料,采用XRD对产物进行表征,考察反应时间对PET制备MIL-53(Al)晶体结构的影响;采用扫描电镜观察产物的形貌特征。
2、实验结果
如图1所示,随着反应时间的增加,以废弃PET为原料制备的MIL-53(Al)特征峰变窄变尖,说明增加反应时间有利于晶体的合成;以对苯二甲酸和以废弃PET为原料制备的MIL-53(Al)其特征峰的2θ=9°、13°,说明成功合成以废弃PET为原料的金属有机骨架材料;
如图2-3所示,采用扫描电镜观察产物的形貌特征,与以对苯二甲酸为原料合成的MIL-53(Al)类似,以废弃PET为原料合成的MIL-53(Al)材料呈棒状结构。
实施例4:
1、实验方法
在30℃条件下,压力为0~100KPa条件下分别测量以对苯二甲酸为原料合成的金属有机骨架材料和以废弃PET为原料合成的金属有机骨架材料对二氧化碳的吸附量。
2、实验结果
如图4所示,以对苯二甲酸为原料合成的金属有机骨架材料在100KPa条件下二氧化碳吸附量为1.96mmol/g,以废弃PET为原料合成的金属有机骨架材料在100KPa条件下二氧化碳吸附量为1.19mmol/g,吸附量可达到前者的60.7%。
最后用说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、同等替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料,其特征在于,所述金属有机骨架材料在常温常压条件下二氧化碳吸附量为1.19mmol/g。
2.根据权利要求1所述的一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将5g的金属盐加入35mL的DMF和15mL的去离子水中,搅拌,至其完全溶解,得到混合溶液;
2)将步骤1)中的混合溶液转移至水热反应釜中,并加入2.5g的PET粉末,混合均匀;
3)将步骤2)中处理好的水热反应釜转移至烘箱中,180℃加热48h,获得产物一;
4)将步骤3)中的产物一用90mL的DMF洗涤3次,离心,留沉淀,得到产物二;
5)将步骤4)中的产物二用90mL的无水乙醇洗涤3次,离心,得到产物三;
6)将步骤5)中得到的产物三在先在80℃条件下干燥12h,然后在110℃条件下干燥12h,即获得金属有机骨架材料。
3.根据权利要求2所述的一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料的制备方法,其特征在于,所述金属盐为九水合硝酸铝、六水合氯化镍、六水合氯化铬、六水合氯化钴、五水合硝酸锆中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种基于废弃PET制备的金属有机骨架材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述DMF与去离子水的最佳配比为35:15。
5.根据权利要求1-4任一项所述的金属有机骨架材料在捕集二氧化碳中的应用。
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